Erneuerbare Energien

Wer das übersieht, verliert: Revolutionärer Thermo-Zement macht Gebäude zu Stromlieferanten

von Artisan Baumeister · 25. April 2025

Ein neues Zement-Hydrogel-Material aus China wandelt Gebäudewärme direkt in Strom um – mit bislang unerreichter Effizienz. Wie das funktioniert und weshalb Experten und Industrie dem Ansatz höchste Relevanz beimessen, erklärt dieser Artikel klar und fundiert.

Inhaltsübersicht

Einleitung
Wie der neue Thermo-Zement wirklich arbeitet – und was ihn so besonders macht
Wer steht hinter der Innovation? Forschung, Methoden und Veröffentlichung
Bauindustrie unter Druck: Was der Thermo-Zement im Alltag leisten soll – und was noch fehlt
Fazit

Einleitung

Was wäre, wenn Brücken, Fassaden und Straßen nicht nur gebaut würden, sondern Strom erzeugen? Genau das macht ein Forschungsteam der Southeast University (China) plötzlich realistisch: Mit einem neu entwickelten Zement-Hydrogel-Verbund, vorgestellt im Science Bulletin (April 2025), gelingt es, aus Alltagswärme elektrischen Strom zu gewinnen – zehn Mal effektiver als bisherige Ansätze. Wie funktioniert das Material, was sagt die Forschung, welche Anwendungen sind in Sicht – und weshalb könnte die Bauindustrie aufhorchen müssen? Dieser Artikel beleuchtet die Kernergebnisse, das zugrunde liegende Prinzip und die Chancen, die sich aus dem bahnbrechenden Material für nachhaltige, wartungsarme und intelligente Infrastruktur ergeben.

Wie der neue Thermo-Zement wirklich arbeitet – und was ihn so besonders macht

Hydrogel trifft Zement: Die Bio-Inspiration aus dem Pflanzenreich

Thermoelektrischer Zement klingt zunächst nach einem Widerspruch. Aber genau das macht die Entwicklung von Prof. Zhou Yang so spannend: Die Forscher orientierten sich an der inneren Struktur pflanzlicher Stängel, um eine Gebäudehülle mit Stromfunktion zu ermöglichen. Das Resultat: Ein mehrschichtiger Hydrogel-Zement-Verbund, der die Prinzipien der Natur nutzt, um Wärme zu Strom zu wandeln.

Grenzflächen als Schlüssel zur Energiegewinnung

Die entscheidende Innovation liegt in den Grenzschichten zwischen Zement und Hydrogel. Diese Bereiche fungieren als „Torwächter“ für Ionen. Während das Hydrogel Hydroxid-Ionen (OH⁻) gezielt passieren lässt und ihre Diffusion sogar beschleunigt, werden Calcium-Ionen (Ca²⁺) durch selektive Bindungen festgehalten. Dieser Trick – „interfacial selective ion immobilization“ genannt – sorgt im Material dafür, dass zwischen warmen und kalten Bereichen ein Stromfluss entsteht. Genau wie bei klassischen thermoelektrischen Generatoren, allerdings hier in einem Baustoff, der überall verbaut werden kann.

Messergebnisse sprechen eine klare Sprache

Mit einem Seebeck-Koeffizient von –40,5 Millivolt pro Kelvin und einem ZT-Wert von 6,6×10⁻² erreicht das Material eine Zehnfach höhere Effizienz als bisherige zementbasierte Thermoelektrika. Das wurde im Science Bulletin 2025 belegt. Was das bedeutet? Gebäudeteile, die bislang nur träge Hüllen waren, könnten jetzt autark Sensoren speisen – ein echter Schritt für Nachhaltige Gebäudetechnik und dezentrale Energieversorgung in der Smart City Energie.

Mehr als nur ein Baustoff

Im Unterschied zu bisherigen Technologien verbindet der bio-inspirierte Ansatz verbesserte mechanische Stabilität und Effizienz – und verwandelt Fassaden in selbstversorgende Stromquellen. Wer Gebäude noch als Energiekostenfresser sieht, muss jetzt umdenken.

Wer steht hinter der Innovation? Forschung, Methoden und Veröffentlichung

Das Team: Prof. Zhou Yang und die Southeast University

Thermoelektrischer Zement klingt nach weiter Zukunft, doch steckt dahinter handfeste, öffentlich geförderte Forschung. Im Zentrum steht Prof. Zhou Yang, Bauingenieur an der renommierte Southeast University in China. Sein Team ist für eine ganze Reihe von Fortschritten im Bereich bio-inspirierte Baustoffe bekannt, und das aktuelle Projekt genießt solide Unterstützung: Die National Natural Science Foundation of China sowie die Natural Science Foundation of Jiangsu Province finanzieren die Arbeiten – ein deutliches Signal für die Bedeutung nachhaltiger Gebäudetechnik.

Experimentelle Methoden: Vom Material zur Messung

Mit klassischer Laborroutine allein kommt man bei einem Hydrogel-Zement-Verbund wie diesem nicht weit. Die Forscher haben mehrschichtige Proben mit pflanzenähnlicher Mikrostruktur hergestellt, um das Prinzip „interfacial selective ion immobilization“ zu untersuchen. Um die Effizienz der Wärme zu Strom-Umwandlung zu testen, nutzten sie Temperaturgradienten – also gezielte Wärmeunterschiede im Material – und maßen den Seebeck-Koeffizienten direkt. Ein Wert von –40,5 mV/K spricht eine deutliche Sprache: Solche Werte liegen beim Zehnfachen klassischer zementbasierter Thermoelektrika. Auch der sogenannte ZT-Wert, das Maß für die Güte eines thermoelektrischen Materials, überzeugte mit 6,6×10⁻². Neben der elektrischen Leistung wurden Festigkeits- und Stabilitätstests durchgeführt, die die Praxistauglichkeit untermauern – ein zentraler Punkt für jede selbstversorgende Fassade.

Publikation und erste Resonanz

Ihre Ergebnisse veröffentlichte das Team im Science Bulletin 2025 (DOI: 10.1016/j.scib.2025.03.032), Ausgabe April. Mit der Publikation und begleitender Pressekommunikation zogen Prof. Zhou Yang und sein Team erhebliches Interesse von Industriepartnern und der Smart City Energie-Szene auf sich. Die Energieversorgung durch Gebäudehüllen als Stromquellen ist damit ein konkretes Thema für die nächste Generation dezentraler Energieversorgung – nicht nur auf dem Papier.

Bauindustrie unter Druck: Was der Thermo-Zement im Alltag leisten soll – und was noch fehlt

Anwendungspotenzial im urbanen Alltag

Dezentrale Energieversorgung für Sensoren: Mit dem Hydrogel-Zement-Verbund, inspiriert von pflanzlichen Stängeln, könnte die Gebäudehülle Strom für intelligente Sensoren und kleine Geräte liefern. Die Energie entsteht dort, wo Wärme abfällt – sei es durch Sonneneinstrahlung oder durch Temperaturunterschiede zwischen innen und außen. Gebäudetechnik gewinnt so an Autonomie, besonders im Kontext Smart City Energie.
Einsatz bei Infrastruktur: Brücken, Straßen und Tunnel könnten den bio-inspirierten Baustoff nutzen. Durch den Seebeck-Koeffizienten von -40,5 mV/K und die verbesserte Materialstruktur lassen sich einfache Steuergeräte und Überwachungsmodule unabhängig betreiben.
Selbstversorgende Fassaden: Das Ziel: Fassaden, die nicht nur schützen, sondern kontinuierlich Wärme zu Strom umwandeln und so einen aktiven Beitrag zur nachhaltigen Gebäudetechnik leisten – und das mit einer nachweislich um den Faktor 10 verbesserten Energieausbeute im Vergleich zu bisherigen Technologien.

Offene Baustellen: Langzeitstabilität und Skalierung

Langzeitstabilität: Noch mangelt es an Daten zur Haltbarkeit des Materials. Wie verhält sich der Hydrogel-Zement-Verbund nach Jahren mit Frost, Hitze und wechselnder Luftfeuchte?
Skalierbarkeit: Auch die Großserienfertigung bleibt herausfordernd. Die Bauindustrie tickt konservativ, und neue Baustoffe müssen bewährte Prozesse ersetzen – ohne Abstriche bei Sicherheit oder Wirtschaftlichkeit.

Industrie am Prüfstand: Erste Reaktionen und Pilotprojekte

Die Veröffentlichung im Science Bulletin 2025 hat bereits für Gesprächsstoff gesorgt. Unternehmen erkennen, dass Ignoranz riskant wäre: Wer Thermoelektrischen Zement und Bio-inspirierte Baustoffe jetzt links liegen lässt, könnte bei der nächsten Welle nachhaltiger Innovationen den Anschluss verlieren. Erste Versuche für Pilotfassaden oder Sensor-equipped-Brücken sind bereits in Vorbereitung. Eines ist klar: Die Technologie steht an der Schwelle zum Praxistest – und entscheidet mit darüber, wie „smart“ und energieautark künftige Städte wirklich werden.

Fazit

Der bio-inspirierte Thermoelektrik-Zement ist mehr als nur ein neuer Baustoff – er könnte das Fundament zukünftiger Energiekonzepte für Gebäude und Smart Cities bilden. Die Kombination aus Energiespeicherung, Selbstversorgung und Wartungsarmut adressiert zentrale Herausforderungen nachhaltigen Bauens. Entscheidend wird aber sein, die Langzeitstabilität und Praxistauglichkeit zu klären; Pilotprojekte und unabhängige Tests stehen ebenso an wie industrieübergreifende Kooperationen. Die Chance: Ein spürbarer Innovationsschub für Bauwirtschaft und Energiewende – zum Greifen nah, aber nur, wenn sich Forschung, Industrie und Städte jetzt bewegen.

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